JP5741203B2 - Manufacturing method of organic EL element - Google Patents
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Description
本発明は、有機EL表示素子に係り、特に表示素子の素子容量増加に伴い、低電圧駆動と高効率化する有機EL素子の製造方法に関わるものである。 The present invention relates to an organic EL display element, and more particularly to a method for manufacturing an organic EL element that is driven at a low voltage and has a high efficiency as the element capacity of the display element increases.
車載で用いる有機EL素子は、広範囲な環境下においても高信頼性が要求されるとともに低消費電力駆動であることが求められており、有機EL素子の低電圧化と高電流効率化が重要な課題となっている。 Organic EL elements used in vehicles are required to have high reliability and low power consumption drive even in a wide range of environments. Low voltage and high current efficiency of organic EL elements are important. It has become a challenge.
低電圧駆動を達成する方法として、電子移動度の高い電子輸送層を適用することやLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital;最低空軌道)の小さい電子輸送材料を適用し、陰極からの電子の注入障壁を小さくすることで低電圧駆動が図られているが、上記高移動度を有する電子輸送材料やLUMOの小さい電子輸送材料を採用すると、電子が過剰となり正孔輸送層が劣化し、有機EL素子の寿命が短くなるという課題があった。 As a method for achieving low voltage driving, an electron transport layer having high electron mobility or an electron transport material having a low LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) is applied, and an electron injection barrier from the cathode is reduced. Low voltage drive is achieved by making it small, but if the electron transport material having the above high mobility or the electron transport material having a small LUMO is employed, the number of electrons becomes excessive and the hole transport layer deteriorates. There was a problem that the lifetime was shortened.
また、上記の方法の他にも有機EL素子の低電圧駆動化に関しては、特許文献1のように、陰極電極に接する部分の有機層が、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオンの少なくとも1種を含有する有機金属錯体化合物と電荷輸送性有機化合物との混合層により構成されるものが知られている。
In addition to the above method, regarding the low voltage driving of the organic EL element, as in
しなしながら、特許文献1のような方法であっても、高移動度材料やLUMOの小さい電子輸送材料に有機金属錯体化合物を混合すると駆動電圧が低下せず、逆に上昇するといった問題があった。さらに、有機EL素子の材料構成を変えるということは、適正な素子特性を得るために様々なパラメータなどを検討し、最適な構造を選定する必要があり、開発に時間が掛かっていた。
また、有機EL素子は、自発光素子のため焼きつきが課題となっているが、通電初期劣化を低減する方法として素子構造や材料などを変更し、素子寿命の改善を図っているが、思うように改善できないという課題がある。
However, even the method as disclosed in
In addition, the organic EL element is a self-luminous element, and burn-in has been an issue. However, as a method of reducing initial deterioration of energization, the element structure and materials are changed to improve the element life. There is a problem that cannot be improved.
そこで本発明は、前述の課題を鑑みて、有機EL素子の材料や構造を変更することなく、駆動電圧を低く抑え、かつ電流効率を容易に向上させることができる有機EL素子の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems, the present invention provides a method for manufacturing an organic EL element that can suppress a driving voltage low and easily improve current efficiency without changing the material or structure of the organic EL element. The purpose is to do.
本発明は、前述した課題を解決するため、請求項1では、一対の電極間に少なくとも有機層を狭持してなる有機EL素子の製造方法であって、前記有機EL素子を形成する第一工程後に前記有機EL素子に逆バイアスを印加、又は加熱処理をしながら逆バイアスを印加することで、前記有機EL素子の素子容量を1.5%以上3.4%未満の範囲で増加させる第二工程を有する有機EL素子の製造方法であり、有機EL素子の材料や構造を変更することなく、駆動電圧を低く抑え、かつ電流効率を容易に向上させることができる。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for manufacturing an organic EL element in which at least an organic layer is sandwiched between a pair of electrodes, wherein the first organic EL element is formed. Applying a reverse bias to the organic EL element after the process or applying a reverse bias while performing heat treatment increases the element capacity of the organic EL element in a range of 1.5% to less than 3.4% . This is a method for producing an organic EL device having two steps, and the drive voltage can be kept low and the current efficiency can be easily improved without changing the material and structure of the organic EL device.
また、請求項2では、前記第二工程は、前記有機EL素子に逆バイアスを印加する工程である。 In the present invention, the second step is a step of applying a reverse bias to the organic EL element.
また、請求項3では、前記第二工程は、前記有機EL素子を加熱処理する工程であり、斯かる請求項2,3の第二工程により、エージング処理に工程を追加することなく、駆動電圧を低く抑え、かつ電流効率を容易に向上させることができる。 According to a third aspect of the present invention, the second step is a step of heat-treating the organic EL element. According to the second step of the second and third aspects, the driving voltage is added without adding a step to the aging treatment. And the current efficiency can be easily improved.
有機EL素子の材料や構造を変更することなく、駆動電圧を低く抑え、かつ電流効率を容易に向上させることができる有機EL素子の製造方法を提供する。 Provided is a method for manufacturing an organic EL element that can suppress a drive voltage low and easily improve current efficiency without changing the material and structure of the organic EL element.
以下に、ドットマトリクス型の有機EL素子100に本発明を適用した実施形態を添付の図面に基づいて説明する。
Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to a dot matrix type
図1において、有機EL素子100は、支持基板1と、第一電極(陽極)2と、絶縁層3と、隔壁部4と、有機層5と、第二電極(陰極)6と、封止部材7とから主に構成されている。
In FIG. 1, an
支持基板1は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。
The
第一電極2は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板1上に層状に形成され、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものであり、表面がUV/O3処理やプラズマ処理等の表面処理を施されている。
The
絶縁層3は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるものでフォトリソグラフィー法等の手段によって支持基板1上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層3は、第一電極2の間に形成されるとともに第一電極2と若干重なるように形成され、第一電極2と第二電極6との間を絶縁するものである。
The insulating
隔壁部4は、例えばフェノール系等の絶縁材料からなるものであり、フォトリソグラフィー法等の手段によって断面が例えば逆テーパー状に形成される。隔壁部4は第一電極2及び絶縁層3上においては第一電極2と略直角に交わるように形成され、また、支持基板1上の後述する第二電極(陰極)6に対応する個所においては図1(a)に示すように支持基板1の積層体形成面側から見て円弧状となるように形成される。
The
有機層5は、第一電極2及び絶縁層3上に形成されるものであり、図2に示すように、正孔注入輸送層51,第一の発光層52,第二の発光層53,電子輸送層54及び電子注入層55を蒸着法等の手段によって順次積層形成してなり、膜厚60〜150nm程度の層状となるものである。
The
正孔注入輸送層51は、第一電極2から正孔を取り込み第一,第二の発光層52,53へ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚15〜40nm程度の層状に形成してなる。前記正孔輸送性材料は、ガラス転移温度が85℃以上(さらに好ましくは130℃以上)であり、正孔移動度μhは4×10−4cm2/V・s程度であり、エネルギーギャップは3.1eV程度である。
The hole injecting and transporting
第一の発光層52は、図2に示すように、第一のホスト材料52cに、発光性材料として第一のドーパント52a及び正孔輸送材料として第二のドーパント52bを共蒸着法等の手段によってドープし、膜厚20〜60nmの層状に形成してなる。
第一のホスト材料52cは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す機能を有し、例えばジスチリルアリーレン誘導体やアントラセン誘導体等からなる。
第一のドーパント52aは、電子と正孔との再結合に反応してアンバー色(橙色)発光する機能を有し、第一のドーパント52aのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、例えば、第一の発光層52における濃度が2〜8%となるように第一のドーパント52aが添加されている。また、第一のドーパント52aのイオン化ポテンシャルIpは、第一のホスト材料52cのイオン化ポテンシャルIpよりも0.1eV以上低い値となっている。
第二のドーパント52bは、正孔移動度が高く電子移動度が低い正孔輸送性の特性を有し、正孔移動度μhが10−4cm2/V・s以上となっている。また、第二のドーパント52bは、第一の発光層52における濃度が5〜50%となるように添加されている。
As shown in FIG. 2, the first light-
The
The
The
第二の発光層53は、図2に示すように、第二のホスト材料53cに、発光性材料として第三のドーパント53a及び正孔輸送材料として第四のドーパント53bを共蒸着法等の手段によってドープし、膜厚20〜60nmの層状に形成してなる。
第二のホスト材料53cは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す機能を有し、例えばジスチリルアリーレン誘導体やアントラセン誘導体等からなる。
第三のドーパント53aは、電子と正孔との再結合に反応して青色発光する機能を有し、第三のドーパント53aのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、例えば、第二の発光層53における濃度が2〜8%となるように第三のドーパント53aが添加されている。また、第三のドーパント53aのイオン化ポテンシャルIpは、第二のホスト材料53cのイオン化ポテンシャルIpよりも0.1eV以上低い値となっている。
第四のドーパント53bは、正孔移動度が高く電子移動度が低い正孔輸送性の特性を有し、正孔移動度が10−4cm2/V・s以上となっている。また、第四のドーパント53bは、第二の発光層53における濃度が5〜50%となるように添加されている。
As shown in FIG. 2, the second light-emitting layer 53 includes a
The
The
The
電子輸送層54は、電子を第一,第二の発光層52,53へ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール(Alq3)等の電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚8〜30nm程度の層状に形成してなる。あるいは、1×10−6cm2/V・s以下の電子移動度を持つ有機材料を用いる。
The
電子注入層55は、第二電極6から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム(LiF)を蒸着法等の手段によって膜厚0.5nm程度の層状に形成してなる。また、電子注入層55は、リチウムキノリン(Liq)でもよい。
The
第二電極6は、アルミニウム(Al)やマグネシウム銀(Mg:Ag)等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚50〜200nm程度の層状に形成してなるものであり、隔壁部4によってストライプ状に切断される。
The
以上のように、支持基板1上に第一電極2と有機層5と第二電極6とを順次積層して有機EL素子を得る。前記各有機EL素子はマトリクス状に配置され、発光表示部を構成する各発光画素となる。
As described above, the
封止部材7は、例えばガラス材料からなる成型ガラス或いは平板部材をサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で凹形状に形成してなるものである。封止部材7は、例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤71を介して支持基板1上に気密的に配設することで、封止部材7と支持基板1とで前記発光表示部を封止する。封止部材7は、第一電極2の端部および第二電極6の端部が外部に露出するように支持基板1よりも若干小さめに構成されている。なお、封止部材7は平板状であってもよく、その場合封止部材7はスペーサーを介して支持基板1上に配設される。
The sealing
以上のように、発光表示部を有するドットマトリクス型の有機EL素子100が得られる。この有機EL素子100は、第一電極2からの正孔と第二電極6からの電子とが第一,第二の発光層52,53にて再結合することによって橙色系発光と青色系発光を得て、これらの混色によって白色光を第一電極2側から出射するものである。また、有機EL素子100はストライプ状に形成された複数の第一電極2と複数の第二電極6のそれぞれ何れかを選択して定電流を印加し、選択された第一電極2と第二電極6の対向箇所に該当する発光画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で発光駆動するものである。
As described above, the dot matrix type
また、本実施形態の有機EL素子100は、第一電極2と、有機層5との間に正孔注入輸送層51を積層形成する構成であったが、第一電極2と有機層5との間に正孔注入層及び正孔輸送層が順次積層形成されるものであってもよい。
In addition, the
また、本実施形態は、第一の発光層52と第二の発光層53のホスト材は単一材料としたが、複数の材料より構成するものであってもよい。
In this embodiment, the host material of the first
また、本実施形態は、電子輸送層54が単一層にて構成されるものであったが、複数の層で構成されるものであってもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態は、有機層5が第一の発光層52、第二の発光層53の2層で構成されているが、1層で単色発光する素子構成であってもよい。
In this embodiment, the
これより、本発明の有機EL素子100の製造方法における第一工程と第二工程の説明と、本発明の第二工程を実施したあとの相対輝度,電圧変化を測定した実施例1乃至13および比較例1について詳細に説明する。
From this, the description of the 1st process and the 2nd process in the manufacturing method of the
(第一工程)
透明電極1は、ITOを80nmを形成した後、正孔注入輸送層51として、HT1を30nm形成する。
第一の発光層52は、ホスト材52cとして、EM1(Ip=5.9eV、Ea=2.9eV、μe=3×10−3cm2/V・s、μh=2×10−3cm2/V・s、Tg=130℃)を使用し、第一のドーパント52aとして橙色のドーパントAD1(Eg=2.0eV、Ip=5.2eV)、正孔輸送材52bとして、HT1(Tg=132℃、Ip=5.4eV、μh=4×10−4cm2/V・s)を使用し、EM1:AD1:HT1を6:1.2:6の比率で第一の発光層52を形成する。
(First step)
The
The first light-emitting
第二の発光層53は、ホスト材53cとして、EM1を使用し、第二のドーパント53aとして、ブルーグリーンドーパントBD1(Eg=2.7eV、Ip=5.6eV、Tg=200℃)、正孔輸送材53bとして、HT1を使用し、EM1:BG1:HT1を20:1.2:10で第二の発光層53を形成する。
電子輸送層54として、ET1(Ip=5.8eV、Ea=3.0eV、μe=5×10−6cm2/V・s、Tg=176℃)を10nm、電子注入層55として、LiFを1nm形成し、陰極6としてAlを100nm形成する。
The second light emitting layer 53 uses EM1 as the
As the
得られる有機EL素子の特性は、ピーク輝度Lp=3000cd/m2で、駆動電圧V0=5.13V、電流効率L/J0=10.32cd/Aで、素子容量C0=1.306nF(面積;2×2mm)であった。 The characteristics of the organic EL element obtained are as follows: peak luminance L p = 3000 cd / m 2 , driving voltage V 0 = 5.13 V, current efficiency L / J 0 = 10.32 cd / A, and element capacitance C 0 = 1. It was 306 nF (area; 2 × 2 mm).
(第二工程)
第一工程により形成された有機EL素子を30℃の環境下で逆バイアス電界2.14×106V/cmを1時間かけると、素子容量C1=1.307nF(容量比C1/C0=1.001(0.1%素子容量増加))となり、駆動電圧V1=5.1V(駆動電圧比V1/V0=0.98)、L/J1=13.03cd/A(L1J0/L0J1=1.02)となる。
(Second step)
When the organic EL element formed in the first step was subjected to a reverse bias electric field of 2.14 × 10 6 V / cm for 1 hour in an environment of 30 ° C., the element capacitance C 1 = 1.307 nF (capacitance ratio C 1 / C 0 = 1.001 (0.1% increase in device capacity)), drive voltage V 1 = 5.1 V (drive voltage ratio V1 / V 0 = 0.98), L / J 1 = 13.03 cd / A ( L1J 0 / L 0 J 1 = 1.02) to become.
以下、同様に第二工程を実施した有機EL素子(実施例1乃至13および比較例1)の電圧変化、電流効率変化の測定結果を表1に整理した。
図3、4は上記表1の結果をグラフに表したものであり、図3は、実施例1乃至13及び比較例1の有機EL素子を輝度3000cd/m2で発光させ、電圧変化V/V0と電流効率変化L/L0を測定したグラフである。素子容量の増加(相対容量C/C0が1以上)に基づき、電圧変化V/V0は減少し、電流効率変化L/L0は増加した。
図4は、実施例1乃至13および比較例1の有機EL素子を高輝度(32000cd/m2)で駆動させた際の電圧変化V/V0と電流効率変化L/L0を測定したグラフであり、通常駆動(輝度3000cd/m2)の時と同様の結果が得られた。
よって、第一工程で形成された有機EL素子100を、材料や構造を変更することなく、本発明のように第二工程の実施により素子容量を増加させることで、有機EL素子の駆動電圧を低く抑え、電流効率を容易に向上させることができる。
3 and 4 are graphs showing the results of Table 1 above. FIG. 3 shows the voltage change V / V by causing the organic EL elements of Examples 1 to 13 and Comparative Example 1 to emit light at a luminance of 3000 cd / m 2. it is a graph of V 0 and the current efficiency change L / L 0. Based on the increase in device capacitance (relative capacitance C / C 0 is 1 or more), the voltage change V / V 0 decreased and the current efficiency change L / L 0 increased.
FIG. 4 is a graph obtained by measuring voltage change V / V 0 and current efficiency change L / L 0 when the organic EL elements of Examples 1 to 13 and Comparative Example 1 are driven at high luminance (32000 cd / m 2 ). Thus, the same result as in normal driving (luminance 3000 cd / m 2 ) was obtained.
Therefore, the
低電圧駆動においては電圧変化が5%以上減少し、電流効率向上においては電流効率変化が10%以上増加することが望まれるので、実施例の有機EL素子の構成においては、素子容量が1.4%以上増加させることが好ましい。また、比較例1のように素子容量を3.4%まで増加させると、電圧変化V/V0は1.3、電流効率変化L/L0は0.53のように駆動電圧が上昇し、電流効率が低下する。これら素子容量の調整は、有機EL素子の材料や構成などにより最適化を図る必要がある。 Since it is desired that the voltage change is reduced by 5% or more in low voltage driving and the current efficiency change is increased by 10% or more in order to improve the current efficiency, the device capacity is 1. It is preferable to increase it by 4% or more. Further, when the element capacity is increased to 3.4% as in Comparative Example 1, the drive voltage increases such that the voltage change V / V 0 is 1.3 and the current efficiency change L / L 0 is 0.53. , Current efficiency decreases. These element capacities need to be optimized depending on the material and configuration of the organic EL element.
つづいて、同様に第二工程を実施した有機EL素子の高寿命について、実施例14乃至17及び比較例2、3を用いて説明する。 Next, the long lifetime of the organic EL device in which the second step has been performed in the same manner will be described using Examples 14 to 17 and Comparative Examples 2 and 3.
実施例14は、実施例1の第一工程により形成された有機EL素子を110℃の環境下で逆バイアス電界2.14×106V/cmを1時間かけると、容量比C1/C0=1.025(2.5%素子容量増加))となり、この処理を施した素子を初期輝度3000cd/m2で直流電流駆動したときのLT95(初期輝度より5%輝度低下するまでの時間)は、170時間であり、150時間駆動後の有機EL素子の相対輝度L/L0は0.95であり、駆動電圧の上昇値ΔVは0.12Vであった。 In Example 14, when the organic EL element formed in the first step of Example 1 was subjected to a reverse bias electric field of 2.14 × 106 V / cm for 1 hour in an environment of 110 ° C., the capacity ratio C 1 / C 0 = 1.025 (2.5% increase in element capacity)), and LT95 (time until 5% decrease in luminance from the initial luminance) when the element subjected to this process is DC current driven at an initial luminance of 3000 cd / m 2 is 170 hours, the relative luminance L / L0 of the organic EL element after driving for 150 hours was 0.95, and the increase value ΔV of the driving voltage was 0.12V.
以下、同様に第二工程を実施した有機EL素子(実施例14乃至17及び比較例2、3)の輝度寿命,150時間駆動後の相対輝度,電圧変化の測定結果を表2に整理した。
図5乃至7は上記表2の結果をグラフに表したものであり、図5は、実施例14乃至17及び比較例2,3の有機EL素子の輝度寿命を測定したグラフである。実施例14乃至17は、比較例2,3と比べ、輝度寿命(LT95)が長くなっていることがわかる。
図6は、実施例14乃至17及び比較例2,3の有機EL素子の150時間駆動後の相対輝度を測定したグラフである。実施例14乃至17は、比較例2,3と比べ、150時間駆動後の相対輝度は大きくなっている。
図7は、実施例14乃至17及び比較例2,3の有機EL素子の150時間駆動後の電圧変化を測定したグラフである。実施例14乃至17は、比較例2,3と比べ、150時間駆動後の電圧変化が小さくなっている。
よって、第一工程で形成された有機EL素子を、材料や構造を変更することなく、本発明のように第二工程の実施により素子容量を増加させることで、有機EL素子100の寿命を容易に向上させることができる。
5 to 7 are graphs showing the results of Table 2 above, and FIG. 5 is a graph showing the luminance lifetimes of the organic EL elements of Examples 14 to 17 and Comparative Examples 2 and 3. FIG. It can be seen that Examples 14 to 17 have a longer luminance life (LT95) than Comparative Examples 2 and 3.
FIG. 6 is a graph obtained by measuring the relative luminance of the organic EL elements of Examples 14 to 17 and Comparative Examples 2 and 3 after driving for 150 hours. In Examples 14 to 17, the relative luminance after driving for 150 hours is larger than those of Comparative Examples 2 and 3.
FIG. 7 is a graph obtained by measuring voltage changes after driving for 150 hours for the organic EL elements of Examples 14 to 17 and Comparative Examples 2 and 3. In Examples 14 to 17, the voltage change after 150 hours of driving is smaller than in Comparative Examples 2 and 3.
Therefore, the lifetime of the
150時間経過後の電圧変化を少なくするため、実施例の有機EL素子の構成においては、素子相対容量1.5%以上増加させることが好ましいが、これら素子容量の調整は、有機EL素子の材料や構成などにより最適化を図る必要がある。 In order to reduce the voltage change after 150 hours, it is preferable to increase the element relative capacity by 1.5% or more in the configuration of the organic EL element of the example. It is necessary to optimize the system and configuration.
100 有機EL素子
1 支持基板
2 第一電極(陽極)
3 絶縁層
4 隔壁部
5 有機層
6 第二電極(陰極)
7 封止部材
51 正孔注入輸送層
52 第一発光層
52a 第一のドーパント
52b 第二のドーパント
52c 第一のホスト材
53 第二発光層
53a 第三のドーパント
53b 第四のドーパント
53c 第二のホスト材
54 電子輸送層
55 電子注入層
71 接着剤
100
3 Insulating
7 sealing
Claims (1)
A method of manufacturing an organic EL element having at least an organic layer sandwiched between a pair of electrodes, wherein a reverse bias is applied to the organic EL element or a heat treatment is performed after the first step of forming the organic EL element. However, the manufacturing method of the organic EL element characterized by having the 2nd process which increases the element capacity of the said organic EL element in 1.5% or more and less than 3.4% by applying a reverse bias .
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